Batérie dnes a zajtra

Trh sinformačnými technológiami stále napreduje. Výrobcovia na nás neustále chrlia nové anové zariadenia, pričom v trende sú práve tie, ktoré si môžeme vziať všade so sebou. Či už ide o smartfóny, tablety, notebooky, alebo ultrabooky, všetky mobilné zariadenia majú niečo spoločné. Potrebujú samostatný, ľahký adostatočne výkonný elektrický zdroj.

Vkonečnom dôsledku je jedno, aký výkonný procesor, veľkú pamäť či kvalitný displej majú, pretože ak sú bez elektriny, nie sú nič iné než zbytočná záťaž vo vrecku či batohu. Snarastajúcim výkonom, spotrebou aneustále sa zmenšujúcimi rozmermi vytvárajú tieto zariadenia skutočnú výzvu pre výrobcov batérií. Keby sa pritom niekomu zdalo, že technológie batérií sú dlhodobo nemenné, mýli sa. Aj vtomto odvetví totiž prebieha náročný adlhodobý vývoj. Včlánku sa pozrieme na to, aké technológie batérií sa pre mobilné zariadenia vsúčasnosti používajú, ako sa líšia aako vôbec fungujú. Zároveň sa budeme venovať výzvam, ktorým sú výrobcovia batérií vystavení. Predstavíme aj niektoré nádejné pokroky vaktuálnom vývoji.

Výdrž batérie je parameter, ktorý významne prispieva kcelkovému dojmu z mobilných technológií. Určite každý používateľ zažil nepríjemný pocit zúfalstva po tom, čo mu zariadenie včase núdze už len naposledy zablikalo. Po takejto udalosti nasleduje zvyčajne hromada nadávok ačasto márne zháňanie nabíjačky ahľadanie verejnej zásuvky. Vtom momente je batéria zrejme váš úhlavný nepriateľ amožno sa vduchu pýtate, prečo už niekto nevyrobí takú, ktorá niečo vydrží. To, že napríklad batérie mobilných telefónov zdanlivo vydržia čoraz menej, nie je žiadne mystérium. Nejde oto, že by súčasné batérie boli zhľadiska kapacity menej výkonné ako ich predchodcovia.

Rozdiel je vyvolaný tým, že moderné zariadenia majú oveľa väčšie energetické požiadavky. Starý telefón sminiatúrnym monochromatickým displejom a 150 MHz CPU skrátka nemožno porovnávať smoderným smartfónom sfull HD rozlíšením, 2 GHz štvorjadrovým procesorom a2 GB operačnej pamäte. Používatelia si zároveň zvykli tieto vreckové počítače neustále používať adávno to nie sú už len telefóny, ktoré dvakrát za deň vyberiete zvrecka na pár minútam hovoru. Problém je, že medzi týmito zariadeniami je rozdiel len 10 rokov. Pokrok vpolovodičoch je skrátka masívny azrejme nenájdete odbor, ktorý by mu vrýchlosti stačil. Slabá výdrž batérie je častý terč sťažností, pričom niektorí používatelia nadobúdajú dojem, že batériový priemysel je brzdou nových technológií.

Známy tvar vonkajšej konštrukcie Li-Ion batérií pre rôzne typy notebookov

Opak je však pravda. Tomuto výskumu sa sveľkým úsilím venujú nielen vývojové centrá mnohých výrobcov, ale aj laboratóriá najprestížnejších univerzít po celom svete. Skúšajú sa najrôznejšie progresívne postupy apátra sa po každej ceste kmožnému zlepšeniu. Vývoj ide skutočne najrôznejšími smermi, počnúc exotickými zlúčeninami kovov až po geneticky modifikovaný vírus tabaku. Od vývoja batérií by však len ťažko možno očakávať správanie podľa Moorovho zákona. Napríklad oprocesoroch sa dá strochou zveličenia povedať to, že vývoj prebieha smerom zmenšovania tranzistorov azvyšovania ich počtu. Bolo by síce pekné zmenšiť časti batérie aosadiť ich na vyšší výkon viac, ale zvyčajne by ste dopadli, ako keby ste po rozdelení litra vody do dvoch pollitrových nádob predstierali, že máte viac vody ako predtým. Batéria je zariadenie pracujúce na elektrochemickom procese, ktoré dokáže premieňať uloženú chemickú energiu na elektrickú (alebo opačne pri procese nabíjania). Zjej konštrukcie vyplývajú mnohé zásadné limity, ktorých hranice sa posúvajú veľmi ťažko.

Batérie na trhu prenosných zariadení

Drvivá väčšina súčasných prenosných digitálnych zariadení, ako sú notebooky, tablety asmartfóny, používa dva základné typy batérií. Ide oakumulátory konštrukčného typu Li-Ion (lítiovo-iónové) a Li-Pol (lítiovo-polymérové). Voboch prípadoch ide o batérie tzv. sekundárneho typu, čo znamená, že sú nabíjateľné. Batérie primárneho typu sjednorazovým použitím sa vtomto segmente zpochopiteľných dôvodov nepoužívajú (pokiaľ nebudeme počítať výnimky, ako sú gombíkové batérie CR2032 na napájanie CMOS vnotebooku). Batérie Li-Ion a Li-Pol vpriebehu minulej dekády prakticky úplne vytlačili staršie batérie typu NiMH (nikel-metal-hydridové), s ktorými sa však stále môžeme stretnúť vpodobe nabíjateľných ceruzkových či mikroceruzkových batérií, kde táto technológia dodnes dominuje. Stav na trhu batérií sa za posledné dve desiatky rokov dosť nepriaznivo podpísal na základných znalostiach používateľov.

Keďže marketingové oddelenia firiem sa opisu technológie batérií veľmi nevenujú, používatelia sa bez nejakého špecifického rozlíšenia dostali najprv k batériám typu NiCd, následne NiMH, neskôr k Li-Ion anajnovšie k Li-Pol. Tieto štyri základné typy nabíjateľných batérií sa líšia generačne a hlavne technologicky. Okrem toho sa v rámcijednotlivých typov stretneme aj srôznymi zmenami na úrovni použitého materiálu, čo ovplyvňuje vlastnosti batérie ako celku. No nielen to. Jednotlivé koncové zariadenia používajúce batériu môžu mať odlišné schémy zapojenia, princíp práce či iný nabíjací mechanizmus. Vo výsledku tak má každé riešenie určité špecifikum, čo môže ľahko viesť k zmätkom. Prakticky odjakživa sa objavovali najrôznejšie profesionálne a amatérske odporúčania ohľadom batérií, slúžiace na zvýšenie ich životnosti, ochranu pred poškodením apodobne. Problém je, že ľudia medzi vnútornými štruktúrami batérií (alebo špecifickými nabíjacími mechanizmami) nerozlišujú atieto rady často aplikujú na batérie vo všeobecnosti. Ztoho dôvodu sa dá ľahko stretnúť nielen smnožstvom rád, ktoré si vzájomne odporujú, ale aj sodporúčaniami dodržiavať špecifické postupy, nedávajúce pri konkrétnych typoch batérií žiadny zmysel.

Batérie typu Li-Ion aznich vychádzajúce polymérové varianty vpodobe Li-Pol vsúčasnosti jasne dominujú trhu. Ich výrobu avývoj vykonáva množstvo spoločností, ale na úplnom vrchole pomyselnej pyramídy sa nachádza veľmi silná štvorica. Konkrétne ide o Panasonic (a jeho kúpenú divíziu Sanyo), Sony, Samsung (jeho divízia SDI) aLG (jeho chemická divízia LG Chem). Tieto firmy sú zodpovedné až za 60 % svetovej produkcie. Za nimi nasleduje sedmička druhého sledu vpodobe spoločností Hitachi, NEC, Saft, BYD, China BAK, Ultralife Batteries aEnergy Devices Ltd, ktoré dávajú dovedna 30 % výroby. Zostávajúcich 10 % trhu patrí ostatným firmám. Zhľadiska štátnej príslušnosti tak výrobu Li-Ion batérií na90 % pokrýva Japonsko, Čína aJužná Kórea.

Li-Ion pod kapotou

Základným funkčným princípom batérií je premena uskladnenej chemickej energie na elektrickú. Aktívne zložky sú vtomto procese materiály, medzi ktorými dochádza prostredníctvom elektrochemickej oxidačno-redukčnej reakcie kvýmene elektrónov. Konštrukcia batérie sa zvyčajne skladá zjedného alebo viacerých samostatných jednotiek, nazývaných články. Ich zapojenie je paralelné alebo sériové, ato vzávislosti od typu batérie, výstupného napätia apožadovanej kapacity. Každý článok sa skladá ztroch hlavných zložiek: zo zápornej elektródy (anóda), kladnej elektródy (katóda) aelektrolytu. Záporná elektróda je počas elektrochemickej reakcie oxidovaná avzdáva sa elektrónov vprospech elektrického obvodu. Elektróny zobvodu prijíma kladná elektróda, ktorá je v priebehu elektrochemickej reakcie redukovaná. Elektrolyt je iónový vodič, ktorý vtomto procese funguje ako prostriedok na prenos iónov medzi oboma elektródami. Ide teda ovodič medzi anódou akatódou, pričom ho obyčajne tvorí nejaký druh kvapaliny. Cieľom pri výrobe batérie je nájsť také kombinácie materiálov a prvkov, ktoré budú pri čo najmenšej hmotnosti aobjeme dosahovať veľkú kapacitu avysoké napätia. Do procesu však prehovárajú aj iné faktory, ako napríklad cena, stabilita či bezpečnosť.

Pri batériách typu Li-Ion sa záporná elektróda zvyčajne vyrába zgrafitu, teda jednej zforiem uhlíka, zatiaľ čo kladnú elektródu tvorí nejaký druh oxidu lítia. Vodivý elektrolyt býva často založený na báze lítiových solí. Vďaka špecifickým kombináciám materiálov Li-Ion článkov pojme tento druh batérií približne trikrát viac energie (150 až 250 Wh/kg) ako jeho predchodcovia vpodobe NiCd (40 až 60 Wh/kg) aNiMh (30 až 100 Wh/kg). Vo výsledku tak môžu byť batérie prenosných zariadení menšie aľahšie. Materiály adruh konštrukcie Li-Ion článkov sa vyznačujú aj veľkým počtom cyklov nabitia avybitia (obyčajne viac než 1000) amalým pomerom samočinného vybíjania (bez odberu samovoľne strácajú 2 až 8 % znabitej energie mesačne). Na druhej strane Li-Ion batérie majú väčší vnútorný odpor, ateda menšiu schopnosť dodávať vysoké prúdy a sprvu vyžadovali až o50 % vyššie náklady na výrobu ako predošlé technológie (čo vminulosti spomaľovalo ich nástup na trh).

Pohľad na vnútornosti bežnej notebookovej batérie, ukazujúci šesticu článkov typu Li-Ion ariadiacu elektroniku

Li-Ion batérie sa vyrábajú vrôznych tvaroch, veľkostiach akapacitách. Možno ste sa niekedy pri notebookoch zarazili, prečo majú niektoré modely obdĺžnikové ainé štvorcové batérie. Ide však len otvar ich vonkajšieho obalu, ktorý je prispôsobovaný konštrukcii notebooku. Keby ste ho otvorili, vjeho útrobách by ste našli niekoľko samostatných článkov valcového tvaru, veľmi pripomínajúcich ceruzkové batérie. Ako to vnútri naozaj vyzerá, to si môžete pozrieť na obrázkoch. Takáto výroba batérií je pri rozmerovo väčších zariadeniach, ako sú práve notebooky, úplne bežná. Výhoda štandardizovaných valcových tvarov je v tom, že výrobcovia notebookov si znich môžu zostavovať vlastné batérie podľa žiadaných rozmerov aj kapacity. Batéria na obrázku pozostáva zo šiestich článkov, umiestnených po trojiciach vdvoch radoch, vedľa ktorých si môžete všimnúť prúžok selektronikou.

Na tejto doske plošných spojov sa nachádza niekoľko komponentov, určených pre rôzne bezpečnostné mechanizmy amanažment. Ide hlavne oteplotné senzory, regulátor akonvertor napätia, merač napätia jednotlivých článkov ariadiaci čip na kontrolu a obsluhu nabíjania. Tento čip kontroluje stav nabitia apo dosiahnutí plného stavu batériu odpojí od nabíjacieho okruhu. To je mimoriadne dôležité, pretože Li-Ion batérie sú zdôvodu použitých materiálov mimoriadne citlivé na prebíjanie. Pri prebití dochádza knarušeniu štruktúr aktívnych chemických prvkov, vdôsledku čoho sazníži výkon článkov alebo sa úplne zničia. Pristarých niklových typoch batérií sme sa mohli stretnúť odporúčaním pri prvom použití batérie jednorazovo prebiť. Keďže používatelia medzi typmi batérií obvykle nerozlišujú, berú túto znalosť ako všeobecnú amnohí sa snažia prebíjať pri prvom použití aj dnešné Li-Ion akumulátory. Pokiaľ riadiaca elektronika funguje, nie je to našťastie možné, pretože batériu po nabití odpojí azariadenie zostáva zapnuté do siete naprázdno. Obdobne je to aj sprocesom formátovania či formovania starých typov batérií, kde sa zrôznych dôvodov (napríklad pre pamäťový efekt) odporúčalo batériu nabíjať, až keď je úplne vybitá.

Toto riešenie priLi-Ion nielenže nemá význam, pretože sa prinich pamäťový efekt (vsprávnom význame slova) nevyskytuje, ale je dokonca aj nebezpečné. Ak totiž poklesne hodnota pod kritickú hranicu, dôjde knevratnému poškodeniu alebo úplnému zničeniu článkov. Aj vtomto prípade však úraduje elektronika batérie apokles pod túto hranicu nedovolí. Batériu odpojí od zariadenia ešte skôr, než dôjde kjej úplnému vybitiu. No ak vtakomto stave vybitú batériu nenabijete anecháte ju bez pozornosti dlhé týždne či mesiace, môže pod nebezpečnú hranicu poklesnúť sama bežným procesom samovoľného vybíjania. Nedorozumenia zhľadiska správneho procesu nabíjania ovplyvňujú aj lacné nabíjačky ceruzkových batérií, ktoré nedisponujú automatickým vypínačom atreba sledovať čas nabíjania. Ztohto dôvodu je potrebné batérie (zvyčajne NiMH) vkladať do nabíjačky kompletne vybité apo správnom čase ich nabité znabíjačky vybrať. Notebookov, telefónov, tabletov či inej obdobnej elektroniky sa to, samozrejme, netýka, lebo nielenže majú vlastné mechanizmy na kontrolu nabitia aodpojenia batérie od okruhu, ale používajú aj moderné Li-Ion batérie, ktoré sa vzhľadom na ich konštrukciu môžu začať nabíjať kedykoľvek (nezáleží na tom, či zostáva 20, 50 alebo 80 % kapacity).

Detail na elektroniku batérie PA3166U-1BRS znotebooku Toshiba

Ako to vyzerá vnútri článku, to si môžete pozrieť na schematickom obrázku. Vtvare pripomínajúcom ceruzkovú batériu nájdeme anódy akatódy vpodobe tenkých fólií, oddelených vrstvou mikroperforovaného plastu, ktoré sú spolu ponorené do elektrolytu. Zospodu azvrchu je celá konštrukcia odizolovaná auzavretá do kovového vonkajšieho obalu. Všimnite si najmä hornú časť steplotným prepínačom atlakovou poistkou. Li-Ion akumulátory majú podobne ako iné typy batérií definovaný rozsah teplôt, pri ktorých sú schopné pracovať, pričom vzáklade ide orozmedzie 20 až65 °C. Teplota negatívne vplýva na životnosť batérie, apokiaľ prekročí únosnú hranicu, dochádza kpoškodeniu článkov. Ztoho dôvodu je teplota monitorovaná senzormi avprípade nebezpečenstva sa batéria odpojí od okruhu. To, samozrejme, má zmysel iba vtedy, ak zdroj tepla súvisí sjej aktivitou.

Pokiaľ je stúpanie teploty spôsobené tým, že notebook v lete zabudnete na palubnej doske auta, odpojenie nepomôže. Vhornej časti článku sa nachádza ďalší bezpečnostný mechanizmus, ktorým je vzduchová komora tlakovej poistky. Ak pod vplyvom teploty alebo iných faktorov stúpa tlak včlánku, útroby najprv pretrhnú túto kapsu. Tým dôjde kpoklesu tlaku aznefunkčneniu batérie. Zabráni sa tak neustálemu stúpaniu tlaku, vedúcemu až kexplózii. Batérie však môžu explodovať aj ziných príčin, napríklad zdôvodu kontaminácie pri výrobe, pri ktorej sa do článku dostanú stopové množstvá iných zmesí aza určitej konfigurácie vyvolajú masívny skrat.

Schematický nákres valcového článku typu Li-Ion

Keď sa batéria zapojí do okruhu, ióny lítia zozápornej elektródy začnú putovať elektrolytom aprechádzať cez separátor do kladnej elektródy. Napätie je oproti bežnej ceruzkovej batérii viac ako dvojnásobné adosahuje 3,7 voltu. Pri nabíjaní je celý proces opačný aióny lítia prechádzajú zkladnej katódy do zápornej anódy. Zvyšovaním počtu článkov možno zväčšovať kapacitu celej batérie, ale čím viac ich bude mať, tým bude väčšia, ťažšia azároveň aj drahšia. Lacné typy notebookov disponujú batériami so šiestimi článkami audávanou kapacitou 4400 alebo4800 mAh. Pri výkonnejších variantoch sa stretneme shodnotami 5200, 6400 aviac. Doba, po ktorú bude môcť zariadenie napájané batériou pracovať, samozrejme, závisí od toho, akú má spotrebu.

Ak je akumulátor schopný dodávať elektrický prúd vobjeme 4400 mAh azariadenie spotrebúva 4400 mA, batéria sa vyčerpá za jednu hodinu. No ak zariadenie pravidelne odoberá 2200 mA alebo 1100 mA, vydrží pracovať dve, respektíve štyri hodiny. Spotreba notebookov, smartfónov ainých prenosných zariadení však nie je konštantná amení sa na základe toho, čo so zariadením aktuálne vykonávate. Je pochopiteľné, že notebook bude mať pri hraní náročnej hry oveľa väčšiu spotrebu ako pri písaní textového dokumentu. A telefón bude pri sprostredkovaní hovoru spotrebúvať viac energie než pri pohotovostnom režime vo vrecku so zhasnutým displejom. Ani kapacita batérie nie je nemenná a vzhľadom na chemické procesy prebiehajúce v jej článkoch sa postupne znižuje. Opotrebovanie materiálov môžeme na ilustráciu prirovnať knádobe svodou, vktorej časom pribúda na dne usadenina. Čím je usadeniny postupom času vnádobe viac, tým menej vody sa do nádoby zmestí. Za priemyselný štandard konca životnosti batérie sa považuje stav, keď jej kapacita poklesne na 80 % pôvodnej hodnoty (to, samozrejme, neznamená, že vtakomto stave už batériu nemôžete používať).

Okrem valcových článkov určite poznáte zvidenia aj ploché varianty Li-Ion batérií, ktoré sa osadzujú do tenkých zariadení, ako sú hlavne telefóny. Zhľadiska konštrukčného princípu však nejde onič odlišné a fólie anód akatód sú namiesto valca usporiadané do malej tehličky. Zdôvodu zníženia hmotnosti sa pri konštrukcii obalu elektrolytickej časti používajú plasty.

Materiály Li-Ion článkov

Batérie typu Li-Ion nie sú nijaká novinka. Prvý návrh na konštrukciu tohto typu batérií sa objavil už v70. rokoch minulého storočia na univerzite vNew Yorku a prvý funkčný prototyp skonštruoval vroku 1985 japonský chemik Akira Jošino. Na komerčný trh sa batérie Li-Ion dostali vroku 1991, keď ich po prvýkrát uviedla spoločnosť Sony. Odvtedy vývoj neprestajne pokračuje, pričom alfa aomega celého procesu sú materiály elektród. Najväčšia časť vývoja sa sústreďuje na zdokonaľovanie kladnej elektródy, pretože práve tá má najväčší podiel na výkone článku. Pri vývoji sa musí myslieť na to, aby materiál obsahoval veľké množstvo lítia, dosahoval dobrú elektrickú vodivosť a mal vysokú účinnosť. Materiál zároveň nesmie byť príliš náročný na syntetizovanie anemôže byť rozpustný v elektrolyte. Do komerčného úspechu pritom vždy veľkou mierou prehovorí aj jeho cena. Od roku 1991 sa používa vrstvená štruktúra oxidu lítia akobaltu, ktorá sa stala prakticky štandardom.

Ide ozlúčeninu LiCoO₂, teda kobaltitan litný, ktorý vďaka vysokej energetickej hustote nastavil latku pomerne vysoko. Jedna zprvých skúmaných náhrad bol LiMn₂O₄, ktorý je menej nákladný na výrobu, ale nedosahuje také dobré vlastnosti. Ďalší kandidát vpodobe materiálu LiNiO₂ (lítium, nikel, kyslík) vykazuje síce vyššiu kapacitu, ale nižšie prevádzkové napätie. Nádeje sa vkladali aj do vrstveného materiálu LiMnO₂ (zlúčenina lítia, mangánu a kyslíka). Ukázalo sa však, že je vdôsledku presunu iónov mangánu štrukturálne nestabilný. Tento neduh sa síce dá odstrániť výmenou iónov mangánu za chróm, ale chróm je toxický ajeho prítomnosť je vpoužívateľských zariadeniach nežiaduca. Pomerne úspešným sa stal materiál LiFePO₄ (zlúčenina lítia, železa a fosfátu) najmä vďaka zloženiu znetoxických alacných materiálov adobrej odolnosti pri vysokých teplotách. Daňou za to je však nižšia kapacita než prištandardnom LiCoO₂.

Úpravy prebiehajú aj vprípade materiálov zápornej elektródy. Prvé Li-Ion batérie, uvedené na trh v90. rokoch minulého storočia, používali anódy zpetrolejového koksu. Toto riešenie ponúkalo dobrú kapacitu (180 mAh/g) astabilitu, ale pálčivým problémom bolo, že nepravidelnosti vkoksovom materiáli časom spôsobovali jeho odlupovanie vprítomnosti propylénu uhličitanového (používa sa na separačné zložky). Na prelome tisícročí sa pri výrobe záporných katód začalo dávať prednosť takzvanému MCMB uhlíku (Mesocarbon Microbead), ktorý má malú povrchovú plochu atýmto neduhom netrpí. Okrem toho má vyššiu kapacitu (300 mAh/g) adobré vlastnosti zhľadiska bezpečnosti. Vsúčasnosti sa používa široká škála ďalších typov uhlíka, pričom ide najmä o prírodný grafit, ktorý je atraktívny zdôvodu nízkej ceny, a aj o tzv. tvrdé uhlíky, ktoré sú finančne náročnejšie, ale prinášajú vyššiu kapacitu.

Vzhľadom na to, že Li-Ion články používajú elektródy zvysoko reaktívnych materiálov, mimoriadne dôležitý je aj použitý elektrolyt. Vplýva totiž nielen na výkon batérie, ale aj na jej bezpečnosť. Vo väčšine prípadov sa skladá zo soli rozpustenej vdvoch alebo viacerých rozpúšťadlách. Viac druhov rozpúšťadiel sa používa zdôvodu, že na elektrolyt sa kladú rôzne protichodné požiadavky (napríklad vysoká tekutosť azároveň vysoká dielektrická konštanta). Obyčajne ide oveľmi agresívne zmesi, ako etylénkarbonát, dimetylkarbonát či dietylkarbonát. Vsúčasnosti sa najčastejšie používa elektrolyt typu LiPF6 (hexafluorofosfát) vďaka veľmi vysokej iónovej vodivosti. Na druhej strane je však veľmi citlivý na okolitú vlhkosť avysoké teploty, čo spôsobuje problémy pri jeho príprave aprocese čistenia. Pokiaľ pri poruche prerazí plášť akumulátorového článku, hrozí nielenže veľké poškodenie zariadenia, ale aj úraz vpodobe poleptanie pokožky.

Li-Pol

Najvýznamnejšia vývojová novinka Li-Ion batérií je ich podskupina Li-Pol, teda lítiovo-polymérové. Hlavný rozdiel je v tom, že tekutý elektrolyt je nahradený polymérom vtuhej alebo gélovej forme. Elektrolyt tak tvorí nejaký druh polymérového kompozitného materiálu, ako je napríklad polyakrylonitril, obsahujúci lítiové soli. Vďaka špecifikám tohto riešenia úplne odpadá použitie separačného materiálu, teda plastového oddeľovača medzi anódou akatódou. Pružnosť polyméru zároveň prináša ďalšiu žiadanú vlastnosť, a to dobré absorbovanie tlaku vznikajúceho vnútri článku. Vonkajší obal tak nemusí mať pevnú kovovú konštrukciu apostačí pokovovaná alebo hliníkom pokrytá umelohmotná fólia. Batéria tak môže byť veľmi plochá (a čiastočne aj ohybná), zčoho veľmi ťažia nové generácie smartfónov. Li-Pol je vporovnaní sklasickou Li-Ion batériou približne o15 % ľahší, ale ak výrobcovia chcú zachovať obdobnú kapacitu ako pri Li-Ion (150 Wh/kg), musí byť o10 až 20 % objemnejší.

Technickí návrhári smartfónov to zvyčajne riešia zachovaním jej veľmi malej hrúbky anatiahnutím do dĺžky (pozri batérie iPhonu na obrázku). Použitie Li-Pol batérií je síce veľmi bezpečné, ale všpecifických prípadoch, ako napríklad pri skrate spôsobenom výrobnou chybou či pri zlyhaní ochranného mechanizmu proti prebitiu, môže dôjsť krizikovému prehriatiu článku. Ak je prehriatie veľké, uvoľnené plyny vjej útrobách spôsobia nezvratné poškodenie. Ak je prehriatie extrémne ateplota prekročí 150 °C, dôjde knaštartovaniu exotermickej chemickej reakcie ahromadeniu tlaku. Pokiaľ je tlak privysoký, ochranný obal sa prelomí aobsah článku (na vzduchu vznetlivý) vystrekne von, čo sa ľahko môže stať príčinou požiaru. Ide však skutočne oveľmi raritný prípad.

Tenká batéria Li-Pol (lítiovo-polymérová) skapacitou 1432 mAh, osadzovaná do smartfónov Apple iPhone 4S

Aktuálny vývoj budúcich technológií

Vývoj nových generácií batérií prebieha na mnohých frontoch. Kým niektoré patria kevolučným riešeniam, ktoré sú veľmi blízko komerčnému použitiu, iné sú povestným behom na dlhú trať. Skúmajú potenciálne riešenia pre batérie v blízkych rokoch či desaťročiach. Vsúčasnosti zrejme najrelevantnejšia téma sú uhlíkové akremíkové nanotrubice. Nanotrubice sú podlhovasté útvary spriemerom 1 až 100 nanometrov, ktoré vďaka extrémne malým rozmerom umožňujú mimoriadne voľný pohyb elektrónov. Stakmer nulovým elektrickým odporom sú výbornými vodičmi. Práve nanotrubice sa môžu stať riešením odvekého sna vývojárov batérií nahradiť uhlíkové anódy kremíkom. Kremík má ztohto ohľadu obrovský potenciál asjeho pomocou by bolo časom možné vyvíjať batérie sniekoľkonásobne väčšou kapacitou.

Hlavný prvok, ktorý zlepšenie poskytuje, je vlastnosť kremíka viazať lítiové ióny 1:1. Kým grafit potrebuje nanaviazanie na lítiový ión šesť vlastných atómov, kremíku postačí jeden. Všetky pokusy skremíkom však boli ešte pred pár rokmi odsúdené nanezdar. Prototypy batérií sa síce podarilo vyrobiť, problémom však bolo, že po pár cykloch nabitia avybitia začali kremíkové anódy vždy praskať. To viedlo následne kich rozpadu, čo zanechalo batériu celkom nefunkčnou. Prielom sa prednedávnom podaril vlaboratóriu Standfordovej univerzity vKalifornii (USA), kde profesor Yi Cui ajeho vedecký tím po piatich rokoch výskumu vyvinul dvojitú kremíkovú nanoštruktúru, potiahnutú oxidom kremíka, schopnú vydržať viac ako 6000 nabíjacích cyklov. Vsúčasnosti prebieha proces zjednodušenia výrobného procesu aprvé predprodukčné vzorky pravdepodobne vzídu zich novozaloženej spoločnosti Amprius. Vkrátkom časovom horizonte si tým dáva za cieľ zvýšiť kapacitu bežných batérií dvojnásobne avdlhodobom horizonte až päťnásobne. Obdobný, ateda konkurenčný projekt prebieha aj spoločnosti Nanosys aprvé typy batérií so základnými kremíkovými prvkami (schopnými zvýšiť kapacitu o30 % oproti súčasným riešeniam) vyvíja aj Panasonic.

Jedna znajsľubnejších technológií pre batérie blízkej budúcnosti je použitie kremíkových nanotrubíc shrúbkou len niekoľkých nanometrov

Ďalší nádejný vývoj prináša pokroky vnových druhoch elektrolytov, pričom najzaujímavejšie vyzerá projekt vysokočistej anehorľavej iónovej tekutiny Iolyte-B od spoločnosti Boulder Ionics. Vposlednom čase sa do pozornosti čoraz častejšie dostáva aj projekt Ambri zMassachusettskej technickej univerzity, ktorý sa sústreďuje na vývoj úplne nového konceptu batérií ztekutého kovu. Konštrukcia batérie pozostáva zo soľného elektrolytu, ktorý pláva medzi dvoma elektródami ztekutého kovu. Hustejšia kladná elektróda leží na dne, zatiaľ čo záporná elektróda snižšiu hustotou pláva na povrchu. Rozdiely medzi vlastnosťami jednotlivých kovov spôsobujú vznik elektrického napätia. Vďaka svojmu konceptu je batéria škálovateľná do obrovského množstva rozmerov, pričom vďaka pokrokovým metódam uplatneným pri jej vývoji spôsobuje zaslúžený rozruch. Je zaujímavé, že jeden znajväčších investorov projektu je Bill Gates. Vedecký tím pracujúci pod vedením profesora Donalda Sadowaya očakáva, že prvý komerčný prototyp batérie by mohol byť pripravený vroku 2014.

Honba za výkonnejšími batériami nestále pokračuje. Trh zaplavujú čoraz výkonnejšie mobilné zariadenia ahlad po nových technológiách zo strany používateľov vôbec neutícha. Vývojové centrá významných spoločností a prestížnych univerzít sa predháňajú vpokročilých asľubných projektoch. Od technologických demonštrátorov či prototypov vlaboratóriách je, samozrejme, ku komerčným verziám vždy poriadny kus cesty. Potreby súčasného trhu sú každopádne vysoké aúčinné aprelomové koncepty neraz čaká poriadne tučná peňažná odmena. Za mnohonásobne lepšie batérie by totiž nejeden používateľ zniesol aj modré zneba.